四川都江堰市張家山灰巖礦地質特征及開發利用前景

陳洪輝

摘 ?要 ?都江堰市張家山灰巖礦位于揚子準地臺龍門山-大巴山臺緣坳陷之龍門山陷褶斷束的懶板凳-白石飛來峰北東段，含礦層賦存于泥盆系上統沙窩子組（D3s）及二疊系下統棲霞、茅口組（P1q+m）地層中，礦體厚度穩定，形態簡單，規模巨大，通過檢測評價，可于建筑用骨料、水泥用石灰質原料、建筑用石料等，具有較好的開發利用前景。

關鍵詞 ?建筑用骨料;灰巖礦;地質特征;開發利用

中圖分類號：P619.22+5 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： Zhangjiashan Limestone Deposit in Dujiangyan lies in the northeast part of Laibandeng-baishiklip in the Longmensha fold-faulted zone of the Longmenshan-Dabashanplatformedge depression in Yangtze paraplatform. The ore-bearing beds are confined to the Upper Devonian Shawozi Formation （D3s） and the Lower Permian Qixia and Maokou Formation （P1q+m），with stable thickness， simple shape and large scale. The ores can be developed and utilized as aggregate for construction，calcareous material for cement， stone for construction with bright prospects.

Keywords： aggregate for construction; Limestone Deposit; geological Features; development and utilization

張家山礦區位于都江堰市區東北方向，平直距離9.0km，距2008年汶川地震震中（映秀鎮）約20公里，屬都江堰市虹口鄉和蒲陽鎮管轄。

1 ? 區域地質

礦區位于揚子準地臺龍門山-大巴山臺緣坳陷之龍門山陷褶斷束的懶板凳-白石飛來峰北東段。區域內出露地層有震旦系、泥盆系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及少量第四系。區域內構造復雜，斷層、褶皺發育。

2 ?礦區地質

2.1 ?地層

礦區東段地層倒轉，區內大面積出露泥盆系、二疊系及三疊系地層（圖1），并有第四系全新統殘坡積層零星分布。

泥盆系沙窩子組（D3s）：分布于礦區北西部，由肉紅色、黃灰色、灰色中-厚層灰巖、白云質灰巖、白云巖組成，厚度大于299m，為含礦層位。

二疊系下統棲霞、茅口組（P1q+m）：近南西-北東向展布于礦區中下部，上部為淺灰色厚～巨厚層石灰巖，夾少量白云質灰巖，中下部為淺灰、灰色厚～巨厚層石灰巖，白云質灰巖，夾少量淺灰色灰質白云巖。該地層有介形蟲、蜓及腕足類等生物化石。本統厚度418.99m～441.22m，為含礦層位。

2.2 構造

（1）斷層

礦區位于懶板凳～白石飛來峰北東段之懶板凳向斜北西翼，地層總體產狀289°～315°∠5°～60°。礦區內發育有F1斷層。F1斷層延伸長>3km，貫穿礦區。傾向335°～10°，傾角77°～83°，上盤P2l地層，下盤T3xj2地層。

（2）褶皺

礦體內部發育一褶皺，位于礦區南西部，褶皺由一倒轉向斜和一倒轉背斜組成，出露寬度約150m，核部軸線總體走向近55°，走向長度約200m， 另在礦區中部和東部位置，偶見有局部褶皺現象。

（3）飛來峰

礦區出露的飛來峰僅為懶板凳～白石飛來峰九甸坪段的南部，走向南西～北東向，出露寬度大于770m，延深大于400m，控制長度2280.63m，飛來峰基底面（F1斷層面）起伏不平，空間上形態不規則，飛來峰體由泥盆系中統～二疊系上統地層碳酸鹽巖和碎屑巖組成，是構成礦體的重要地質體，二疊系下統棲霞、茅口組及泥盆系石灰巖和白云巖為含礦巖石。

3 ?礦石礦物特征

礦區內礦石自然類型主要為石灰巖，其次為白云巖，另外還有少量灰質白云巖、白云質灰巖、泥質灰巖和泥灰巖。主要礦石描述如下。

石灰巖礦石：灰色、淺灰色，致密塊狀，標本滴5%冷稀鹽酸劇烈起泡，礦物成分主要為方解石，另含少量碎屑石英、交代石英、泥質及鐵質。方解石粒徑小于0.03mm。巖石中分布著少量介形蟲、有孔蟲及藻類生物碎屑。

白云巖礦石：主要為黃灰色、肉紅色，少量灰黑色，塊狀，標本滴5%冷稀鹽酸微起泡，局部劇烈起泡。礦物成分主要為白云石及少量方解石。巖石主要由碳酸鹽礦物及陸源碎屑物兩部分組成。碳酸鹽礦物中以近四邊形、菱形細～粉晶狀白云石為主，方解石呈粉晶微粒狀，多聚集成團塊狀分布于巖石中。微晶鱗片狀泥質以填隙物形式分布于白云石顆粒間，少量呈細脈狀分布，黑色鐵質呈散點狀分布于巖石中。

石灰巖礦石化學成分（%），CaO 45.90～53.85，MgO 1.28～3.38，SO3 0.04～0.08。

白云巖化學成分（%），CaO 30.90～39.85，MgO 15.28～19.38，SO3 0.04～0.07。

根據資源圈定范圍內各種礦石自然類型，其所占百分比及抗壓強度值詳見表1。

4 ?礦床規模

根據礦區巖性組合（灰色、淺灰色厚～巨厚層石灰巖，肉色、淺灰色白云質灰巖及黃灰色白云巖）特征和生物化石組合（腕足類、有孔蟲、刺皮屑、介形蟲）特征，本礦床屬淺海相化學沉積型碳酸鹽巖礦床，屬于厚大型、沉積型礦床。

除礦體南部褶皺部分外，礦體整體傾向為北西向，289°～315°，地表傾角較平緩，一般為5°～15°，深部較陡，一般為30°～60°。

礦層控制出露寬度421m～615m，平均控制寬度528m，礦體走向控制長度800m，沿走向控制礦體厚度90m～309m，平均控制厚度226.61m，礦層厚度較穩定，在傾向上礦層厚度也較穩定（圖2）。

經估算，張家山礦區灰巖礦石資源量共計12578.5萬噸（體積47287628m?），規模為大型，其中，探明的內蘊經濟的資源量（331）5134.1萬噸（體積19300978m?），控制的內蘊經濟資源量（332）4944.7萬噸（體積18589137m?），推斷的內蘊經濟資源量（333）2499.7萬噸（體積9397513m?），其中（331）+（332）占80%，礦山總剝采比0.028∶1（m3/m3）。

5 ?開發利用前景

礦區位于蒲陽至虹口公路（以下簡稱蒲虹公路）東側，礦區東側有一鄉村公路與蒲虹公路相接，礦山至蒲陽鎮運距10km，距離成都市運距約80km，交通方便。

礦區海拔標高1043.0～1634.6m，相對高差591.6m，最低開采標高1350m。礦區中、東北部高，西側及南東側低，礦區巖石基本裸露，溝谷發育，總體地勢呈北東高南西低，中部及東北部高，西部、東南部為溝谷所切，形成近南西-北東向山脈。礦區內地表水和地下水資源都較貧乏，地下水補給主要靠大氣降水，礦體均位于最低侵蝕基準面之上，無較大地表水體存在，地形有利于大氣降水自然排泄。開采至后期，均為開放式，地形排水條件好。礦體呈層狀單斜產出，且礦體內節理裂隙不發育，礦石塊體大而致密堅硬，礦體內穩固型好，構成邊坡巖石以石灰巖、白云巖為主。礦區地質構造簡單，巖溶不發育。因此礦山露天開采技術條件良好。

5.1 建筑骨料

骨料，又稱集料，是基礎建設行業中重要的原材料，骨料呈松散粒狀，是混凝土和瀝青路面的主要成分，在其中起骨架、填充作用，可減少路面收縮、抑制裂縫擴展、降低水化熱、增加耐磨性。骨料包括碎石、礫石、機制砂、石屑等。基礎建設對骨料需求巨大，每公里高速公路砂石骨料約需5.4-6萬噸。通過采取礦區有代表性的6件樣品，進行了粗集料檢測和瀝青粗集料混合實驗，結果見表2，礦石樣品表觀密度、壓碎值、吸水率、沖擊值、堅固性及洛杉磯磨耗損失指標（這些指標由礦石本身物化性質決定，其他指標主要由加工工藝決定），均符合公路瀝青路面施工技術規范（JTG E40-2004）對粗集料質量技術要求（見表3）。

隨著政府對自然河道采砂的限制，機制砂因生成工藝綠色環保，質量易于控制，在基礎建設中的使用量越來越大。全礦區經加權平均后礦石中SO3 含量小于1%，抗壓強度大于60Mpa，符合建筑集料用碎石礦質量要求（GB/T 14685-2011 建設用卵石、碎石標準）。

5.2 水泥用灰巖

張家山礦區內礦石自然類型主要為石灰巖，據文獻[3] 張家山灰巖礦石主要化學成份見表4。有益組份（氧化鈣）含量較高，有害組份（氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉、三氧化硫、游離二氧化硅）含量低。水泥原料質量指標是針對地質品位而言的，一般考慮了開采貧化、各原料間的相互制約、以滿足水泥熟料的生產要求為準。因此，在開采時就會考慮同一礦區原料的搭配，氧化鈣含量高（譬如：大于48%）的石灰質原料可以搭配一些氧化鈣低的石灰質原料。由表4可知，該礦區石灰巖礦石主要指標波幅不大，質量穩定，符合《冶金、化工石灰巖及白云巖、水泥原料礦產地質勘查規范（DZ/T 0213-2019）》中水泥用石灰質原料一般工業指標（見表5），達到I級品原料要求。

5.3 建筑石材

建筑石材指主要用于建筑工程砌筑或裝飾的天然石材，包括道路路面鋪砌用整齊和半整齊塊石、不整齊塊石，橋梁建筑用片石、塊石、粗石料、鑲面石，石雕、文化石等。張家山礦區灰巖礦石色澤明快，主色調為灰色、淺灰色、肉紅色、黃灰色，夾雜有少量乳白色斑塊或色帶;方解石顆粒直徑0.004～0.06mm，結構致密，厚至塊狀層構造，抗壓強度大（見表1）;石材表面偶見介形蟲、蜓科、腕足類生物碎屑化石，巖石裂隙中存在紅色、綠色線狀膠結物，不僅不影響礦石質量，還可為飾面材料增加美感。下面列出國內部分飾面灰巖礦石的主要技術指標：

懷化市辰溪縣城郊鄉飾面灰巖[4]：抗壓強度56.4Mpa、抗折強度10.7Mpa、肖氏硬度63、吸水率0.25、光澤度90。

廣西灌陽縣文市鎮飾面用灰巖[5]：化學成分（%）：CaO 54.16、MgO 0.47、K2O+Na2O 0.12、SO3 0.09、 Al2O3 ?0.25、SiO2 0.64 ;密度2.70g/cm3、濕度0.000298%、耐磨性21.8 a/（1/cm3）、光澤度74.7。

張家山礦區灰巖化學成分與廣西灌陽縣文市鎮飾面用灰巖的很接近，硬度比懷化市辰溪縣城郊鄉飾面灰巖要高得多。參照《飾面石材礦產地質勘查規范》（DZ/T0291-2015）中天然石灰石建材荒料相關內容，測試結果表明[2]，張家山灰巖礦石體重（密度）、礦石濕度、力學性質、耐磨度、礦石光澤度等均滿足對建材荒料品質的要求。因此，該灰巖礦可作為建筑裝飾材料，用于廣場地面、護欄、桌面、城市雕塑等方面。

5.4 冶金熔劑

對照《冶金、化工石灰巖及白云巖、水泥原料礦產地質勘查規范（DZ/T 0213-2019）》對有色冶金熔劑石灰巖化學成分一般要求（表4和表6），可知張家山灰巖礦石可用作有色冶金熔劑石灰巖。

6 ?結論

張家山灰巖礦礦石質量優，礦山儲量規模較大，開采技術條件良好。可依據石灰巖、白云巖、灰質白云巖、白云質灰巖等的空間分布和市場需求，生產飾面用灰巖荒料、建筑用骨料、水泥用灰巖、冶金熔劑等。這些產品廣泛用于住房和城鎮化建設、城市軌道交通建設、公路建設、鐵路建設、水利建設、冶金等領域。成都及周邊縣市經濟的快速發展，對碎石骨料、水泥原料、飾面灰巖等的需求巨大。因此，以張家山礦區灰巖礦石為原材料可開發多種市場需求較大的產品，潛在經濟價值較高，開發該礦產具有較大的社會、經濟效益。

張家山灰巖礦山位于龍溪-虹口國家級自然保護區內，制定開發方案時，需將環境和生物多樣性保護放到優先考慮的位置。這方面可借鑒都江堰拉法基石灰石礦山（位于虹口鄉，同樣位于龍溪-虹口國家級自然保護區內）的開發經驗，采用先進設備控制粉塵、噪音和尾氣排放，對工業生產場地的生活污水、機械含油污水進行處理后達標排放;制定專門的生物多樣性管理計劃，大力支持并贊助自然保護區的生態檢測及大熊貓保護工作[6]。

礦山適合山坡露天開采，可借鑒（都江堰拉法基水泥有限公司）都江堰拉法基石灰石礦山規范化建設的經驗，破碎后的礦石通過兩條6km長的皮帶輸送到水泥廠內，供生產水泥用。礦山開采沿山體自上而下分段進行露天開采;重視露天采礦損毀的植被恢復，根據水土保持方案和環境影響評價等技術資料，及時對礦山破壞地表植被等進行綠化復原。堅持邊開采邊修復的原則，對礦石開采形成的安全平臺和清掃平臺，開采結束即進行植被恢復。

參考文獻 / References

[1]四川省地質局第二區域地質測量隊，灌縣幅區域地質測量報告（1：20萬）[R].1975.

[2]鄧修林，四川省都江堰市張家山礦區建筑用白云巖礦勘探報告，中國建筑材料工業地質勘查中心四川總隊，2012.8.

[3]何益，張成江.都江堰張家山水泥灰巖礦地質特征及經濟價值[J]，四川地質學報，2015，35[1]： 80-82.

[4] 懷化鑫磊石業開發有限公司.年產5萬m3飾面灰巖建設項目環評報告[Z]，2016.

[5] 廣西壯族自治區三一〇核地質大隊.灌陽縣文市鎮百塘灣飾面用灰巖礦資源儲量核實報告[R]，2017 .

[6] 都江堰拉法基水泥有限公司.2013年中國水泥礦山論壇文集[C]. 2013： 131-139.